2 тарау    ЭЕМ АРХИТЕКТУРАСЫ

41 
 
   2 тарау 
 
ЭЕМ АРХИТЕКТУРАСЫ 
 
 
 
 
 
    2.1.   
ЭЕМ КЛАССИКАЛЫҚ АРХИТЕКТУРАСЫ 
 
Абстрактілі  есептеу  машиналары  деп  аталатын  ЭЕМ-ның  алғашқы 
жеңілдетілген  моделдерін  бір-біріне  тəуелсіз  1936  ж.  математиктер  Эмиль 
Пост (АҚШ) жəне Алан Тьюринг (Ұлыбритария) жасады. 
«Пост  машинасы»  жəне  «Тьюринг  машинасы»  мүмкіндіктері  бойынша 
ұқсас  болды,  жəне  оларды  жасау  кезінде  реалды  есептеу  машиналарының 
негізгі атрибуттары: жады, команда, бағдарлама қолданылған. 
Тьюринг  эквивалентті  алгоритм  –  алдын-ала  анықталған  əдіспен 
басталатын  жəне  нəтижеге  қадамдардың  соңғы  санында  жеткізетін 
қадамдық  үрдісті  беретін  алдын-ала  берілген  дəл  ұйғарым  математикалық 
абстрактілі  түсінігін  енгізген.  Тьюрингтің  ойынша  əрбір  алгоритмдік 
шешілетін  математикалық  есеп  үшін  сəйкес  қажетті  жəне  жеткілікті 
командалар жиынымен есептеу машинасын құрастыруға болады. 
«Тьюринг  машинасы»  рұқсат  етілген  жұмыс  алфавитіндегі  символдар 
жазылған  қағаз  лентадан,  бастиекті  оқып  жазатын  лентасозғыш 
механизмнен  жəне  операционды  (басқарушы)  құрылғыдан  тұрды. 
Қолданылатын  ленталарға  байланысты  ол  белгілі-бір  математикалық 
немесе логикалық есептерді шеше алатын. Сəйкесінше, ол ЭЕМ-ның негізгі 
қасиеттеріне  ие  болды:  лентада  (жадыда)  бағдарламаланған  қарапайым 
операциялардың  (командалардың)  шектелген  жиынтығын  қадамдық  (бір 
тактіде) орындау. 
Есептеуіш  техниканы  жетілдірудің  жəне  бірінші  буынды  ЭЕМ  пайда 
болуындағы  келесі  маңызды  қадамды  америкалық  математик  Джон  фон 
Нейман жасады. 1946 ж. «EDVAC машинасы туралы алдын-ала баяндама» 
есеп  беруінде  фон  Нейман  жəне  қасындағы  инженерлен  компьютер 
құрылымына базалық талаптарды айтарлықтай нақты тұжырымдады, ол 
«фон Нейман принциптері» ретінде белгілі. 
Фон  Нейманның  негізгі  принциптерінің  бірі  —  есептеу  машиналары 
екілік  санау  жүйесінде  жұмыс  істеу  керек,  яғни  бағдарлама  мен  сандар 
екілік кодпен жазылуы керек. 

42 
 
Алғашқы  рет  есептеу  математикасында  бинарлы  (екілік)  есептеу 
жүйесін  қолдануды  XVII  ғ.  неміс математигы   Готфрид  Лейбниц  ұсынған, 
ол  электрондық-есептеуіш  машиналардың  жасалу  тарихында  маңызды  рөл 
атқарды. 
Джордж  Буль,  логика  алгебрасын  (буль  алгебрасы)  жасап  алғашқы 
болып  алгебралық  жəне  логикалық  əрекеттерінің  арасындағы  ұқсастықты 
жүргізді, себебі олар тек «ақиқат» немесе «жалған», яғни 1 немесе 0 жауап 
нұсқасын ғана  қолданады. ЭЕМ-да 1 немесе 0-дің физикалық бейнеленуі – 
бұл санның шектік берілуі (мысалы, кернеу бар – кернеу жоқ, импульс бар 
– импульс жоқ). 
Буль  алгебрасы  белгілі  бір  үйлесулерде  екілік  санау  жүйесінде  қосу, 
азайту,  көбейту,  бөлуді,  символдар  мен  сандарды  салыстыруды  жəне  т.б. 
орындайтын  əртүрлі  ЭЕМ  сұлбаларын  жасауға  жəне  жүзеге  асыруға 
мүмкіндік  беретін  негізгі  бинарлы  функцияларды  (терістеу,  дизъюнкция 
жəне конъюнкция) қолданды. 
Екілік белгі немесе разрядты белгілеу үшін «бит» термины қолданылған 
(қысқ. ағыл. binarydigit— екілік белгі). 
Фон  Нейманның  басқа  негізгі  принципі  —  бұл  сақталатын  бағдарлама 
принципі.  Бағдарлама  сандармен  жəне  аралық  нəтижелермен  бірге  есте 
сақтау құрылғысында орнатылуы керек. Есептеу жылдамдығын өсіру  үшін 
жадыны  иерархиялық  ұйымдастыру  ұсынылған:  тез  оперативті  есте  сақтау 
құрылғысы  (ОЕСҚ)  жəне  баяу  ұзақ  уақыттық  сыртқы  есте  сақтау 
құрылғысы (СЕСҚ). 
Фон Нейманның келесі принциптері: 
  машинаның  арифметикалық  құрылғысы  қосу  операцияларын  орын- 
дайтын  сұлбалар  негізінде  құрастырылады;  өзге  арифметикалық  жəне 
басқа да операцияларды орындау мақсатында арнайы құрылғылар жасау 
жөнсіз; 
  машиналарда  бірнеше  бағдарламаларды  қолдануға  болады  жəне 
басқаруды  есептеу  нəтижелеріне  сəйкес  бір  бағдарламадан  басқасына 
жіберуді жүзеге асыруға болады; 
  машинада  сандарды  өңдеудің  параллельді  принципі  қолданылады  – 
сандарға  операциялар  бір  уақытта  барлық  разрядтар  бойынша  жүзеге 
асырылады. 
Фон  Нейман  машинасының  негізгі  фнукционалды  түйіндері  заманауи 
ЭЕМ-да  орталық  өңдеуші  құрылғы  –  процессорға  біріккен  арифметика- 
логикалық құрылғылар (АЛҚ) болып табылады. 
Фон  Нейманның  ЭЕМ-ның  классикалық  құрылымы  2.1-суретте  көрсе- 
тілген. 
Командалар мен мəліметтерді жіберуге арналған бір шинамен жəне бас- 
қару сигналдарымен байланысқан АЛҚ, БҚ, ОЕСҚ, СЕСҚ жəне сыртқы 

43 
 
енгізу-шығару  құрылғыларынан  тұратын  берілген  сұлба  фон-неймондық 
архитектура  атауын  алған,  яғни  құрамында  бір  ортақ  жады  бар 
(мəліметтерге  де  командаларға  да)  мəліметтер  мен  командаларға  арналған 
ортақ (бірлік) магистральді архитектура. 
Мұндай  архитектура  бойынша  құрастырылған  ЭЕМ  шектеулі 
командалар  жиынымен  жалғыз  басқару  құрылғысын  басқарумен  жұмыс 
істейді  жəне  ОЕСҚ-да  жазылған  бағдарламаға  сəйкес  жұмыс  істейді. 
Оперативті  жады  орандалатын  бағдарлама  командалары  мен  ақпараттық 
сөздер  (операндалар)  уақытша  сақталатын  өздерінің  уникалды  мекен- 
жайлары бар ұяшықтар жиынынан тұрады. 
Басқарушы  құрылғы  бағдарлама  командаларын  орындай  отырып 
машинаның  барлық  құраушы  бөліктерінің  үйлесімді  жұмысын  автоматты 
түрде  қамтамасыз  етеді.  БҚ  оперативті  жадымен  жəне  компьютердің 
сыртқы  құрылғыларымен  ақпарат  алмаса  алады,  сондай-ақ  бағдарламаның 
орындалуын  сыртқы  құрылғылармен  енгізу-шығару  операциялары 
аяқталғанша тоқтата алады. 
ОЕСҚ-на бағдарламалар мен мəліметтерді енгізу  құрылғысымен немесе 
СЕСҚ-нан автоматты түрде оператор енгізеді. СЕСҚ ұзақ уақыт бойы үлкен 
ақпарат  көлемдерін  сақтауға  арналған  қосалқы  есте  сақтау  құрылғысы 
болып табылады. 
Әр  уақыт  моментінде  (жұмыс  тактісінде)  ЭЕМ мекен-жайы арнайы БҚ 
регистрінде  –  командалар  санағышында  орналасқан  бағдарламаның  бір 
командасын орындайды. Бағдарлама командалар санағышының құрамының 
сызықты  өсірілуіне  сəйкес  командадан  соң  команда  болып  тізбектей 
орындалады,  немесе  бұл  тізбектілік  есептеу  процесінің  аралық  нəти- 
желеріне сəйкес өзгертіле алады. 
 
 
 
2.1 
-сурет. Фон Нейман ЭЕМ-ның классикалық құрылымы:
 
— басқару сигналдары; 
— командалар мен мәліметтер ағыны